IGBT强驱动电路的设计及电流尖峰抑制方案

值是很小的，主要是充电电流从加速电容这条支路流过，从而不断加快对IGBT门极电容的充电。IGBT的弥勒平台这段时间内，随着电容上电压升高，其充电电流速率在逐渐减小，到弥勒平台结束时，其充电电流速率为零，充电电流达到最大。这个可以从门极电阻上电压波形得到证实。在上升沿结束(t3)时，充电电流减小到几乎为零，从而不会出现过冲尖峰。在加速电容前加一个反向二极管阻断其快速放电通道。图3是原始的驱动波形图；图4为附加电路驱动波形；图5为满负载时驱动波形图。

2 驱动电路改进方法分析

图1中用框标出的电路就是对原有驱动电路的改进。通过在门极增加稳压管、二极管、电容和电阻，可以较好地吸收上升沿、下降沿和尖峰。

由图3和图4比较可以看出，在较小延时的情况下，应把尖峰减到最小。从图3可以看出，要减小的尖峰主要是负脉冲后沿的过冲尖峰，因为这个尖峰极有可能达到IGBT的开启电压(Vth)，这样就会造成同一桥臂的两个IGBT直通；同时由图5可以看出，在满负载(600 V／30 A)状态下，驱动波形具有很好的稳定性，而且没有大的尖峰，这就保证了IGBT稳定、安全的工作。

驱动等效电路如图6所示。其中，Lm为变压器次边的励磁电感；Z1为稳压管(其反向相当于一个二极管，所以图中就用一个二极管来代替)；Rg为驱动电阻，Cgs为IGBT的栅极和源极之间电容；R1为线路等效电阻。由等效电路可知：

R1实际值很小，可以忽略。稳压二极管并联在D1，C1两端，它的电压是D1和C1两端电压之和。稳压二极管是随电流大小自动调整的“可变”电阻。通过改变电阻来控制上升沿和下降沿的速率，从而达到控制过冲尖峰的大小。实测Rg与驱动变压器次边反向波形如图7所示。Rg上电压波形即为励磁电感上流过的电流波形。正脉冲下降沿的过冲尖峰由励磁电感造成的：

由式(2)可以看出，在相同电流变化率情况下，励磁电感越小，励磁电感上的电压尖峰也越小，相应的IGBT G-S之间电压尖峰也越小；同时减小励磁电感还可以减小漏感，但是励磁电感减小会造成脉冲平顶的斜率加大，所以要综合考虑各种情况。

3 结语

通过对上面改进电路的详细分析知道，威胁开关管安全的驱动脉冲过冲尖峰主要是由励磁电感决定的，因此尽可能减小励磁电感是减小过冲尖峰的最直接方法，同时还与稳压管的性能有很大关系。脉冲前沿上升率主要由加速电容决定，电容过小，会出现驱动脉冲前沿过缓，过大会有尖峰，所以要取合适的加速电容。电的大小一般通过多次实验来确定。这个电容大小的选择既要考虑使脉冲上升沿较陡，又不出现尖峰。

此驱动电路已在中频脉冲渗碳电源中应用，配合器件过流过压保护电路，能较好地满足200 A／1 200 VIGBT模块的驱动要求。同时对驱动大功率的MOSFET等场驱动开关管都有很好的借鉴作用。